琼脂的流变特性对饮用型酸奶稳定性的影响

田 芬，欧 凯，高兴华，王银娟，李晓红，吴伟都（杭州娃哈哈科技有限公司，浙江杭州310018）

琼脂的流变特性对饮用型酸奶稳定性的影响

田 芬，欧 凯*，高兴华，王银娟，李晓红，吴伟都
（杭州娃哈哈科技有限公司，浙江杭州310018）

本文以琼脂为研究对象，采用频率扫描-粘弹性曲线来研究其流变特性，及其对饮用型酸奶稳定性的影响。结果表明：添加琼脂使样品的粘弹性模量增大，琼脂添加量0.08%的样品弹性特征区域最宽（0～10 Hz），其他添加量0.04%、0.12%和0.16%样品的弹性特征区域较窄（0～2 Hz），体系的粘弹性模量随琼脂添加量的增加而呈现增大趋势，在低频范围内，粘弹性模量由大到小依次为：0.16%＞0.12%＞0.08%＞0.04%＞0.00%。样品的保温结果与离心沉淀率结果一致，随着琼脂添加量的增大，样品的离心沉淀率逐步降低，样品状态越趋于稳定，在0.08%的琼脂用量下离心沉淀率达到最低，样品状态达到最佳；继续增加琼脂用量，离心沉淀率呈快速上升趋势，样品状态越趋于不稳定，体系失稳。表明：琼脂添加量只在最适值时，才能使酸奶体系的稳定性达到最佳，高于或低于最适值，体系均不稳定。

琼脂，频率扫描，弹性模量，粘性模量，离心沉淀率，稳定性，酸奶

琼脂是从某些红藻类中提取的一种极有价值的多糖，属于半乳糖的硫酸酯，具有优良的凝胶、增稠、稳定性能，在食品、制药、化工领域有广泛的应用［1］。琼脂的流变特性及其凝胶特性与食品的品质和工艺有着密切的关系，琼脂的流变学特性对产品口感、稳定性有着重要的影响［1］。饮用型酸奶是一种低粘性的酸奶，基本以发酵乳经2次调配制成，因为粘稠度低，易出现沉淀，乳清析出等不良现象［2］，往往在加工中添加特定的稳定剂或增稠剂以改善酸奶的粘稠度、质构状态和口感等［3］。琼脂用量对酸奶的表观粘度有极显著的影响，琼脂属于亲水性胶体也可以通过氢键的形成阻止乳清析出［4］。改性琼脂可明显提高发酵酸豆乳的表观粘度，但对提高凝胶强度没有明显作用，且用量稍高时产品易出现凝块粗糙等问题［5］。研究证明琼脂添加后，虽然可以有效地提高酸奶的黏度和产品的硬度，防止乳清析出，但添加琼脂时不易混合均匀，琼脂作为发酵型酸奶稳定剂时，应控制添加量或协同其他添加剂使用［6］。

综上所述，国内外对琼脂在稠厚型酸奶中的应用研究较多，但通过研究其流变特性来探讨与饮用型酸奶（稀薄型酸奶）的稳定性之间关系的文献较少，本文以添加琼脂的饮用型酸奶为研究对象，采用流变仪研究其流变特性，并观察对饮用型酸奶稳定性的影响。为琼脂更好的改善饮用型酸奶的稳定性和口感提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

琼脂 市售食品级琼脂；果胶 市售食品级果胶；菌种 市售菌种，科汉森普通酸奶发酵剂，以保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌为主；脱脂奶粉 Arla Foods；白砂糖 北京糖业有限公司。

AR-G2高级旋转流变仪 美国TA仪器有限公司；pH计、分析天平（感量0.001 g） Mettler-Toledo；Silverson搅拌器 英国Silverson公司；离心机 德国Eppendorf公司；均质机、UHT（超高温杀菌） 德国APV公司；JN XMTE-8112水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；培养箱、LRH-250保温箱 上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 饮用型酸奶的生产工艺

1.2.1.1 工艺流程 发酵：脱脂奶粉10%+蔗糖10%+净化水40%→原料混合→50℃水化30 min→20 MPa均质→95℃（5 min）加热灭菌→冷却→接种发酵剂（添加量0.08‰）→发酵（41～43℃，9 h）→冷却至18℃左右→发酵基料［2，4］。

调配：上述发酵基料+果胶0.3%+琼脂（0、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%）+纯净水5%→原料混合→20 MPa均质→UHT杀菌→灌装［2，7］。

1.2.1.2 操作要点 A、混合时，搅拌器速度为3000 r/min，B、琼脂溶解时温度为80～84℃，溶好后冷却至40℃左右待配料，C、二次配料顺序：发酵基料与果胶混匀后，再添加琼脂溶液，并控制料液最终温度≤30℃。D、UHT杀菌条件：115～120℃3～5 s。E、产品终pH4.2～4.3。以上用量均为：w/w。

1.2.2 样品的流变特性检测 分别将样品（琼脂添加量依次为0%、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%）进行频率扫描-粘弹性测试，扫描条件［8-9］：测试间距500 μm，测试温度10℃，上样后平衡5 min，应变：15%，频率扫描范围0.01～100 Hz。平行实验三次。

1.2.3 样品的稳定能力测试

1.2.3.1 离心沉淀率测定 以离心管取待测样品10mL，并测定样品质量m0后。放入离心机，以3000 r/min离心25 min后，取出离心管，静置10 min后，除去上清液，测残余物的质量m。每个样品进行3次平行测定，取平均值。计算离心沉淀率（WHC）。

1.2.3.2 样品保温观察 将样品放置在35℃的保温箱中，保温2个月后，观察样品稳定性状态，包括查看体系均匀程度、用游标卡尺测量上层析水层、观察底部沉淀状态等指标［11-12］。35℃与室温较为接近，并属于弱加速型的实验条件，能真实的模拟产品在货架期的贮藏情况［11］，放置2个月时，琼脂高添加量的样品已出现絮凝现象，若继续延长时间贮藏，没有现实意义，所以保温观察条件为35℃、2月。

1.2.4 统计学分析 数据统计学分析采用Origin 8.0。

2 结果与分析

2.1 不同样品的流变特性检测结果

如图1所示，不添加琼脂的样品0.00%的粘性模量G″高于弹性模量G′，以粘性特征为主。添加琼脂0.04%的样品，当频率≤2 Hz时，弹性模量G′高于粘性模量G″，以弹性特征为主，当频率＞2 Hz时，粘性模量G″高于弹性模量G′，以粘性特征为主；表明添加琼脂使样品的粘弹性增大，尤其弹性特征更明显。琼脂悬浮在较高蛋白浓度的酸乳体系中，在较高温度下以无规线团形式存在，在体系冷却后，琼脂分子与蛋白、果胶分子相互作用形成三维网状结构［13-14］。在低频范围（0～2 Hz），该网络结构的弹性特征明显，随着扫描频率增大，弹性特征逐步被削弱，表征以粘性为主。

琼脂添加量0.08%的样品在频率0～10 Hz区域中，弹性模量G′强于粘性模量G″，以弹性特征为主。琼脂添加量0.12%、0.16%的样品在频率0～2 Hz区域，弹性模量优于粘性模量，以弹性特征为主，当频率在2～10 Hz时，粘性模量G″高于弹性模量G′，以粘性特征为主。

琼脂添加量0.08%样品的弹性特征区域（0～10 Hz）均宽于0.04%、0.12%和0.16%的弹性特征区域（0～2 Hz），说明0.08%样品的体系弹性特征在较宽范围内表现较为稳定，样品的三维网络结构能承受较高频率的破坏力，承受能力较强，说明该体系的三维网络结构较为稳定。

0.04 %、0.12%和0.16%样品的体系弹性特征区域均窄于0.08%的，表明0.04%、0.12%和0.16%样品的体系弹性特征在较窄范围内表现稳定，样品的三维网状结构能承受的高频率破坏有限，承受能力较弱，若扫描频率越来越高，体系的三维网络结构的弹性特征逐步被削弱，被粘性特征所代替，体系越趋向于不稳定。

数据显示：体系的粘弹性模量随琼脂添加量的增加而呈现增大趋势，说明琼脂的流变特性会受到琼脂的浓度影响；随着琼脂浓度的增大，琼脂分子间相互缠结形成的网络节点随之增多［13］，导致粘弹性明显增加，影响其流变特性和凝胶特性［13，15］。粘性模量和弹性模量作为两个独立的指标共同反应样品体系的稳定程度，未加琼脂时，体系以粘性特征为主，而添加琼脂使体系形成三维网络结构，体系的弹性特征表现突出，粘性和弹性模量相辅相成，随着琼脂用量的提升，两者均呈增高趋势，样品也逐步由稀薄型变向稠厚型。

2.2 琼脂不同添加量的样品粘弹性强弱对比

图1 琼脂不同添加量下的样品粘弹性频率扫描曲线Fig.1 Frequency scanning curves of viscoelasticity of different amounts of agar addition

如图2所示，比较不同样品的粘性模量G″，频率≤5 Hz时，由大到小依次为：0.16%＞0.12%＞0.08% ＞0.04%＞0.00%。比较不同样品的弹性模量G′，在频率＜2 Hz时，由大到小趋势依次为：0.16%＞0.12%＞0.08% ＞0.04%＞0.00%，表明琼脂不同添加量的样品粘性和弹性模量的强弱趋势一致，共同反映体系的粘弹性状态和三维网络结构，进而反应样品的稳定性。随着琼脂添加量的增大，样品的粘弹性呈现递增趋势。

图2 琼脂不同添加量的样品粘弹性大小对比图Fig.2 Viscoelasticity comparison of samples with adding different amounts of agar

在低频扫描范围0～2 Hz，0.12%和0.16%的弹性模量G′均强于0.08%的，当频率2～5 Hz时，样品0.12% 和0.16%的弹性模量均出现增长变缓趋势，并低于样品0.08%的弹性趋势；说明较高添加量的琼脂使体系凝胶网络强度增高，体系的脆性增强，随着扫描频率的不断增大，易受到高频率扫描的剪切破坏［15］，导致体系的网络结构崩塌［13，15］，出现弹性模量增长变缓情况。

2.3 稳定性结果

2.3.1 离心沉淀率结果 如图3所示，随着琼脂添加量的增大，样品的离心沉淀率逐步降低，在琼脂0.08%的添加量下达到离心沉淀率最低，稳定性最好；继续增加琼脂用量，离心沉淀率反而呈快速上升趋势。表明添加琼脂会对饮用型酸奶的沉淀率有改进作用，但须控制其添加量，在该体系中，0.08%的添加量最佳，稳定性最好。

图3 琼脂不同添加量的样品离心沉淀率结果Fig.3 Precipitation rates of samples with adding different amounts of agar

琼脂使该体系的粘弹性模量增加，在体系中形成了弱凝胶网络结构，阻止离心过程中蛋白质的下沉［12］，减少了离心沉淀率，在添加量0.08%时，琼脂使体系的粘弹性模量达到最佳值，尤其弹性模量在较宽扫描区域内保持稳定，形成的弱凝胶网络结构最稳定，有效阻止了蛋白质的下沉，使离心沉淀率达到最低值，但随着琼脂浓度的继续提升，该体系的粘弹性模量达到较高水平，如浓度0.12%和0.16%使体系的弹性模量出现突增，使体系的凝胶强度增大，从弱凝胶网络结构变为较强的凝胶网络结构［12］，易使体系絮凝、凝胶［7，13］，导致离心沉淀率反而增大。

2.3.2 样品保温结果 由表1可知，随着琼脂添加量的增加，样品的状态越趋于稳定，在添加量0.08%时，样品状态达到最佳，体系均匀，析水层最窄，底部沉淀最少；继续增加琼脂用量，样品状态越趋于不稳定，上层出现较宽析水层，同时体系出现絮凝现象。

表1 不同琼脂添加量的样品保温结果Table1 The stay results of samples with adding different amounts of agar

样品的保温结果与上述离心沉淀率结果一致，表明琼脂对饮用型酸奶体系的稳定性有改进作用，但需控制其添加量，若低于最佳添加量，对体系的析水和沉淀问题改进作用较小，若高于其添加量，对体系造成强凝胶破坏，反而加剧了体系的不稳定、并发生絮凝现象。

琼脂使体系的粘弹性模量增加，形成弱凝胶网络结构，有效阻止了蛋白质的下沉，且将沉淀从致密性转换成疏松状态，三维网络趋于稳定，使游离出的水量减少［12］，上层析水层窄，当琼脂用量增大到一定水平，将体系的弱凝胶稳定网络结构转变成强凝胶网络结构，使其收缩力增强，游离出来的水量增多，析水层增厚，并出现大量可见的网络絮状物，体系失稳。

3 结论

流变数据表明，添加琼脂使样品的粘弹性模量增大，添加量0.08%的样品弹性特征区域最宽（0～10 Hz），添加量0.04%、0.12%和0.16%的样品弹性特征区域较窄（0～2 Hz）；琼脂不同添加量的样品的粘性和弹性模量强弱趋势一致，在低频范围内，由大到小依次为：0.16%＞0.12%＞0.08%＞0.04%＞0.00%。

稳定性数据表明，样品的离心沉淀率与保温结果一致，即在0.08%的琼脂用量下样品稳定状态达到最佳，离心沉淀率最少，析水层最窄，体系均匀；高于或低于该最适值，样品的体系状态均趋于不稳定，伴有离心沉淀率较高、析水层较宽、体系絮凝现象等；添加琼脂对饮用型酸奶的稳定性有改进作用，但须控制其添加量。

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The rheological properties of agar and their effects on stability of drinking yoghurt

TIAN Fen，OU Kai*，GAO Xing-hua，WANG Yin-juan，LI Xiao-hong，WU Wei-du
（Hangzhou Wahaha Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310018，China）

The agar as the research object was tested G″and G′by frequency scanning method，then was researched how it effected on the stability of drinking yoghurt.The results demonstrated that adding agar could remarkably increase the samples'G′/G″，specifically，0.08%agar addition of sample had a wider range（0～10 Hz）of elastic character than the other samples that had the narrow ranges 0～2 Hz.Different amounts of agar addition had the ordinal consistency of trends of G′and G″，from strong to weak，being 0.16%＞0.12%＞0.08%＞0.04%＞0.00%.Stay results of samples were the same as the results of precipitation rates，the sample states became better and precipitation rates got less when the amounts of agar addition increased gradually，and 0.08%agar addition was the best volume that made the sample get the most optimal stability，then sample states became worse and precipitation rates got more when the amounts of agar addition reached gradually to the limited level.In conclusion，adding the appropriate amount of agar into the drink yoghurt will perfectly stabilize the whole system，when the addition of the agar was more or less than this suitable amount，the system will be unstable.

agar；frequency scanning；G′；G″；precipitation rates；stability；yoghurt

TS201.7

A

1002-0306（2016）06-0160-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.06.024

2015－07－29

田芬（1987-），女，硕士，工程师，研究方向：乳品科学，E-mail：neautf@163.com。

欧凯（1973-），男，硕士，高级工程师，研究方向：食品科学与工程，E-mail：okai@wahaha.com.cn。

杭州市科技发展计划项目农业科技攻关专项（20140432B105）。